收藏本站
《浙江大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

PECVD法制备本征/掺硼纳米非晶硅薄膜及其性能研究

冯仁华  
【摘要】: 纳米非晶硅(hydrogenated nano-amorphous silicon,na-Si:H)因具有类似非晶硅(a-Si:H)的高光吸收系数(达10~5数量级)和光敏性,同时又具有纳米晶硅(nano-crystalline silicon,nc-Si:H)的宽带隙E_(opt)(1.8~2.0eV)和光照稳定性,使其成为较理想的新型太阳能电池材料。因此,该材料的研究也备受人们关注。 本论文采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD),以SiH_4和H_2为前驱体,在低硅烷浓度f=SiH_4/(SiH_4+H_2)≤3%,高RF电源功率密度ρ=591mW/cm~2,衬底温度T_s=200℃,沉积压强P=1.1Torr条件下成功制备了本征na-Si:H薄膜。系统地研究了SiH_4浓度f对薄膜结构以及光电性能的影响,并探讨了纳米硅晶粒的形成机理。在PECVD沉积na-Si:H薄膜的同时引入掺杂气硼烷(B_2H_6),制备了掺硼的p型na-Si:H薄膜。重点研究了硼烷浓度r=B_2H_6/(B_2H_6+SiH_4)、T_s、ρ、P等主要参数对掺硼na-Si:H结构、光电性能以及沉积速率δ的影响。 XRD、Raman、HRTEM测试结果表明,f≤3%条件下沉积的na-Si:H薄膜具有纳米晶-非晶两相复合结构,即纳米尺度的硅晶粒镶嵌于非晶硅网络之中,晶粒主要沿(220)方向生长,晶粒尺寸d为4~10nm,结晶率X_c约为10~40%。当f≥4%时,完全转变为非晶硅(a-Si:H)。 FTIR分析表明,随着SiH_4浓度的降低,630cm~(-1)、2000cm~(-1)处吸收峰分别移至610cm~(-1)、2100cm~(-1),Si-H组态由SiH、SiH_2逐渐转变为SiH_2、SiH_3,H含量C_H也由8%下降至2%左右。 经UV-vis透射光谱测试发现,由于量子限制效应,使得na-Si:H的E_(opt)可达1.85~1.94eV,较c-Si(1.12eV)和a-Si:H(1.5~1.8eV)更宽。在可见光范围内,α≈10~3~2×104cm~(-1),较a-Si:H(10~3~10~5cm~(-1))低,但在近红外区波段的吸收系数α≈10~2cm~(-1),远远高于a-Si:H(α≈10~0~10~1cm~(-1))。 经光暗电导测试仪测量样品光/暗电导率σ_(ph)(100mW/cm~2)、σ_d的结果表明,na-Si:H的电导激活能E_a≈0.40eV,明显低于a-Si:H(0.72eV)。其室温σ_d高达10~(-5)Ω~(-1)cm~(-1),比a-Si:H高5个数量级,没有发现明显的光致衰退(S-W)效应(Δσ_(ph)/σ_d<10%)。采用纳米晶-非晶复合两相模型讨论了电学性能与薄膜结构的关系。 由台阶仪和SEM截面观察测量薄膜厚度d得到,na-Si:H的沉积速率σ<1(?)/s,远远低于a-Si:H的沉积速率(5~10(?)/s)。 对掺硼na-Si:H的研究结果表明,轻掺B能进一步促进na-Si:H晶化,并主要沿(111)方向生长;随着f增加反而有利于晶化;由于B取代了部分与Si结合的H,因此C_H较本征na-Si:H低很多;掺硼使得na-Si:H光敏性迅速下降(σ_(ph)/σ_d<10~2),并随着r增加,光敏性逐渐消失(σ_(ph)/σ_d<10)。 轻掺B可以进一步提高na-Si:H的E_(opt),最高可达2.0eV左右;掺硼na-Si:H室温σ_d比a-SiC:H要高2~3个数量级,可通过掺B量来调节σ_d。 SiH_4/(SiH_4+H_2)=3%,B_2H_6/(SiH_4+B_2H_6)=5×10~(-4),T_s=150℃,ρ=200mW/cm~2和P=0.8Torr是较优的制备高σ_d、宽E_(opt)掺硼na-Si:H薄膜的实验参数。 na-Si:H因具有较高的光吸收性、良好的导电性和光照稳定性,使其可能成为一种较理想的新型太阳电池本征层材料。轻掺硼na-Si:H的E_(opt)接近a-SiC:H(2.04eV),又具有良好的导电性,因此有望代替a-SiC:H作为太阳能电池的窗口层材料。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.1;O484.4

免费申请
【相似文献】
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 章曙东;王永谦;张光春;施正荣;;非晶硅薄膜及太阳电池的高速制备[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
2 王敏花;任丙彦;刘晓平;李彦林;羊建坤;许颖;李海玲;王文静;;射频PECVD沉积优质氢化非晶硅薄膜[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年
3 王娟;张溪文;韩高荣;;铝基表面等离子增强化学气相法沉积类金刚石薄膜研究[A];第六届华东三省一市真空学术交流会论文集[C];2009年
4 周美丽;胡立琼;张跃飞;陈强;葛袁静;;掺氮对类金刚石薄膜的力学性能的影响[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
5 周美丽;胡立琼;张跃飞;陈强;葛袁静;;掺氮对类金刚石薄膜的力学性能的影响[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
6 孙振中;刘丰珍;周玉琴;朱美芳;;以P_w/p_g为组合变量的微晶硅薄膜的沉积相图[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
7 胡文娟;谢芬艳;付亚波;陈强;翁静;;RF-PECVD聚合类聚乙烯氧(PEO-like)薄膜的蛋白质吸附性研究[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李明;利用rf-PECVD方法在不同基底上制备DLC膜的实验研究[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 冯仁华;PECVD法制备本征/掺硼纳米非晶硅薄膜及其性能研究[D];浙江大学;2007年
2 李玮玮;RF-PECVD法制备碳纳米管的工艺研究[D];天津理工大学;2010年
3 张洪;硅锗薄膜材料的RF-PECVD法制备及其在太阳电池中的应用[D];河北工业大学;2010年
4 蔡言凯;泵体柱塞表面涂层技术研究[D];长春理工大学;2009年
5 王生钊;低温工艺PECVD法制备多晶硅薄膜研究[D];郑州大学;2006年
6 刘丽娟;过渡区材料及在PIN太阳能电池中的应用研究[D];暨南大学;2008年
7 陈萌炯;RF-PECVD和DBD-PECVD制备a-Si:H薄膜的性能研究及其比较[D];浙江大学;2006年
8 汪昌州;p型μc-Si:H薄膜微结构和光电性能的研究[D];郑州大学;2007年
9 何子博;PC树脂镜片沉积DLC薄膜耐磨性及附着性的研究[D];四川大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026